Способ определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок

Авторы патента:

G01N11/00 - Исследование свойств текучих сред, например определение вязкости, пластичности; анализ материалов путем определения их текучести

Владельцы патента RU 2517784:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" (RU)

Изобретение относится к области биомедицинских технологий, касается способа определения коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования, которое может быть использовано для гемореологического экспресс-анализа, непосредственно во время процедуры забора крови для лабораторных анализов осуществлять определение (замер) вязкости крови - важного информативного и диагностического показателя как самой крови и сосудистой системы, так и некоторых органов, изменяющих при заболеваниях реологические свойства крови. Способ определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок включает регистрацию отсчетных значений занимаемого кровью положения в этих капиллярных трубках в выбранные моменты времени, определяемые математической формулой, определяющей значение вязкости (коэффициента вязкости) крови через полученные отсчетные значения. Причем регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени, осуществляют в процессе венепункции. При этом выполняют две серии замеров с использованием для каждой серии замеров разного, но известного пониженного по сравнению с атмосферным давления, создаваемого на выходном конце капиллярной трубки путем присоединения к нему вакуумированной пробирки с нужным давлением внутри, полученные отсчетные значения расстояния, проходимого кровью по капиллярной трубке в последовательные моменты времени, одинаковые для обеих серий замеров, обрабатывают согласно математической формуле

$η = \frac{R^{2}}{4} ({(p_{в о з д})}_{1} - {(p_{в о з д})}_{2}) \cdot \frac{t_{i}}{{(l^{2} (t_{i}))}_{2} - {(l^{2} (t_{i}))}_{1}}$ ,

где η - коэффициент вязкости крови, R - внутренний радиус капиллярной трубки, (р_возд)₁ - давление в 1-ой вакуумированной пробирке для 1-й серии замеров, (р_возд)₂ - давление во 2-й вакуумированной пробирке для 2-й серии замеров, t_i - моменты времени (одни и те же для обеих серий замеров) в процессе протекания крови по капиллярной трубке, в которые производятся замеры пройденного кровью расстояния, (l²(t_i))₁ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капиллярной трубке к моментам времени t_i в первой серии замеров, (l²(t_i))₂ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капиллярной трубке к моментам времени t_i во второй серии замеров. Техническим результатом является повышение точности, сокращение времени проведения исследования и его упрощение. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Исторически вязкость (заметим, что использование понятия «вязкость жидкости» подразумевает более точный термин «коэффициент вязкости жидкости») являлась первоначально важной физической (реологической) характеристикой любой текучей субстанции (Физический энциклопедический словарь. М.: науч. изд-во «Большая российская энциклопедия», 1995) в т.ч. и крови как суспензии с физической точки зрения. Однако за последнее десятилетие этот параметр в отношении крови и других биожидкостей все больше наполняется медицинским содержанием и раскрывает свои диагностические возможности при мониторинге состояния организма, его отдельных органов и физиологических процессов (Аникеева Т.В. Изменение реологических свойств крови при ишемической болезни сердца // Международный медицинский журнал. 2010. №2. С.35-37; Киричук В.Ф., Железнякова Н.А., Калюгпа Т.Ю. и др. Изменения вязкости крови у больных с ишемической болезнью сердца и фибрилляцией предсердий: механизм патогенеза или компенсации? // Вестник аритмологии. 2004. №38. С.13-16).

Однако, как известно, живая кровь находится в метастабильном состоянии (Гурия Г. Т. Как теоретическая физика трактует явление свертывания крови. Наука 09 Сколково, Коммерсант. С.54-57, декабрь 2011), и сразу после извлечения из сосуда начинается процесс ее свертывания, если не консервировать кровь введением специальных антикоагулянтов (Баландина А.Н., Пантелеев М.А., Атауллаханов Ф.И. Система свертывания крови и ее регуляция. Природа. 2011. №3. С.32-38). При этом вязкость крови сильно изменяется. Следовательно, лучшим способом определения вязкости будет ее измерение либо внутри кровеносного сосуда, либо в процессе венепункции - взятия пробы для стандартного биохимического анализа. Измерения вязкости крови в процессе венепункции дают оценку истинного значения вязкости, не возмущенного процессом свертывания или биохимическими добавками, останавливающими процесс коагуляции.

Венепункции являются самыми распространенными медицинскими процедурами. Только в США их проводится порядка 1 млрд в год (Appold К. Important Updates Added to Standard That Details the Collection of Blood Specimens // LABMEDICINE. 2008. V.39. №3. P.145-146). При оценке следует учитывать, что венепункции включают в себя и внутривенное вливание лекарственных препаратов, и переливание крови.

Известно, что стеклянные капиллярные трубки всегда использовались при проведении анализа крови в качестве простых и удобных элементов лабораторного оборудования как на стадии взятия пробы крови, так и при дальнейших манипуляциях с этими пробами в процессе их анализа (Ройтберг Г.Е., Струтынский А.В. Лабораторная и инструментальная диагностика заболеваний внутренних органов. - М.: Бином, 1999). Например, в известном методе Панченкова с помощью капиллярных стеклянных трубок определяется скорость оседания эритроцитов (СОЭ). Их применяют для анализа плотности (удельного веса) крови, процентного содержания гемоглобина, растворимых в крови газов и для определения других характеристик. Также капиллярные трубки часто являются составным элементом автоматизированных анализаторов крови и ее составных частей. Однако везде и всегда капиллярные трубки использовались и используются до сих пор как простые и удобные мерные микроемкости.

Такой простой элемент, как стеклянная капиллярная трубка приобретает значение динамического измерительного элемента на основе применения довольно полного и точного описания движения вязкой жидкости в капиллярной трубке с учетом действия капиллярных сил, что позволяет по отсчетным точкам продвижения крови по капилляру определять абсолютное значение ее коэффициента вязкости.

Принимая во внимание только формальный признак использования капиллярной трубки в конструкции вискозиметра, необходимо указать на целый класс существующих, промышленно выпускаемых и продолжаемых совершенствоваться и разрабатываться вискозиметров, которые «официально» составляют класс капиллярных вискозиметров, которые часто используются и в медицинских целях, в т.ч. для определения коэффициента вязкости крови (а также других биожидкостей). Общим принципом их работы является фиксация времени протекания через капилляр при известном перепаде давления (чаще, под действием силы тяжести) заданного объема исследуемой жидкости. Разновидностями являются капиллярные вискозиметры прямого тока, когда жидкость вытекает из известного объема (например, серия вискозиметров ВПЖ), и вискозиметры обратного тока, когда жидкость заполняет известный объем (например, серия вискозиметров ВНЖ). Также большинство капиллярных вискозиметров действует по принципу сравнения протекания эталонной жидкости (чаще - дистиллированной воды) и исследуемой жидкости. При этом определяется относительный коэффициент вязкости для «нужной» жидкости.

Недостатком существующих вискозиметров для измерения вязкости крови является то, что они не приспособлены непосредственно «сопрягаться» с процедурой взятия крови из вены (т.е. с венепункцией).

Известен способ сертификации гемореологических нарушений при хирургическом лечении ишемической болезни сердца (RU 2155348 C2, кл. G01N 33/86, A61B 5/00, опубл. 27.08.2000 г.), при котором осуществляют исследование реологических свойств крови, в том числе и ее вязкости, в динамике на 5, 10, 15 и 30-й минуте реперфузионного периода. Исследование проводят на ротационном вискозиметре АРК-2. Для этого осуществляют забор крови из лучевой артерии через катетер, стабилизируют ее 3,8% раствором цитрата натрия и хранят с момента ее забора до проведения измерения при температуре +4…+10°C в течение не более 2-х часов, при этом образцы крови в объеме 0,8 мл заливают в пластмассовую измерительную ячейку, тестируют в течение 5 мин в термостате анализатора, а в ячейку, заполненную кровью, опускают сухой металлический цилиндр и критерием правильного заполнения измерительной камеры считают способность металлического цилиндра плавать в образце. Измерения ВЦК начинают с области высоких скоростей сдвига 200 с^-1, затем 100 с^-1 и 20 с^-1. Общее время измерения при всех скоростях сдвига не превышает 10 мин.

Недостатком известного способа является его сложность, поскольку пробы крови переносят в пространстве и времени к соответствующему измерительному комплексу; при этом для остановки процесса свертывания крови образец модифицируют соответствующей порцией антикоагулянта. Таким образом, результаты измерения не соответствуют реальным значениям вязкости как из-за необратимых изменений структуры образца, так и по условиям его нахождения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ определения относительной кинематической вязкости биологической жидкости, в том числе крови, в двух капиллярах, защищенный патентом RU 2337347 C2, кл. G01N 11/04, G01N 33/487, опубл. 20.04.08 г., принятый за ближайший аналог (прототип).

В способе по прототипу судят о вязкости исследуемой жидкости по ее движению относительно эталонной. Предварительно капилляры располагают под углом к горизонту и определяют высоту капиллярного поднятия эталонной жидкости в поле тяжести и высоту капиллярного поднятия исследуемой жидкости в поле тяжести, затем корпус располагают горизонтально, измеряют длины одновременного растекания эталонной и исследуемой жидкостей по горизонтальным капиллярам с помощью измерительной ленты и определяют относительную кинематическую вязкость из соотношения

$ν = α ν_{э} \cdot \frac{h R^{2}}{h_{э} R_{э}^{2}} \cdot \frac{L_{э}^{2}}{L^{2}}$

где ν_э, ν - кинематические вязкости эталонной и исследуемой жидкостей,

h_э, h - высоты капиллярного поднятия эталонной и исследуемой жидкостей в поле тяжести,

R_э, R - радиусы капилляров, по которым текут соответственно эталонная и исследуемая жидкость,

L_э, L - длина растекания эталонной и исследуемой жидкостей,

α - коэффициент пропорциональности.

Преимуществом и общим признаком с предлагаемым изобретением является регистрация и обработка отсчетных значений, полученных в процессе продвижения жидкости по капиллярной трубке.

Однако недостатками прототипа являются:

- во-первых, сложность из-за необходимости использования эталонной жидкости;

- во-вторых, неточность из-за невозможности использования для измерения вязкости крови, поступающей непосредственно из вены, в процессе венепункции.

В задачу изобретения положено создание нового способа определения коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования в процессе венепункции.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является повышение точности, сокращение времени проведения исследования и его упрощение.

Это достигается тем, что в способе определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок, включающем регистрацию отсчетных значений занимаемого кровью положения в этих капиллярных трубках в выбранные моменты времени, определяемые математической формулой, определяющей значение вязкости (коэффициента вязкости) крови через полученные отсчетные значения, регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени осуществляют в процессе венепункции, при этом выполняют две серии замеров с использованием для каждой серии замеров разного, но известного пониженного по сравнению с атмосферным давления, создаваемого на выходном конце капиллярной трубки путем присоединения к нему вакуумированной пробирки с нужным давлением внутри, полученные отсчетные значения расстояния, проходимого кровью по капиллярной трубке в последовательные моменты времени, одинаковые для обеих серий замеров, обрабатывают согласно математической формуле

$η = \frac{R^{2}}{4} ({(p_{в о з д})}_{1} - {(p_{в о з д})}_{2}) \cdot \frac{t_{i}}{{(l^{2} (t_{i}))}_{2} - {(l^{2} (t_{i}))}_{1}}$

Где η - коэффициент вязкости крови, R - внутренний радиус капиллярной трубки, (р_возд)₁ - давление в 1-ой вакуумированной пробирке для 1-ой серии замеров, (р_возд)₂ - давление во 2-ой вакуумированной пробирке для 2-ой серии замеров, t_i - моменты времени (одни и те же для обеих серий замеров) в процессе протекания крови по капиллярной трубке, в которые производятся замеры пройденного кровью расстояния, (l²(t_i))₁ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капилляру к моментам времени t_i в первой серии замеров, (1²(t_i))₂ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капилляру к моментам времени t_i во второй серии замеров; требуемые две серии замеров расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени при разных перепадах давления, создаваемых разным пониженным давлением на выходном конце трубки осуществляют путем поочередного использования двух разных трубок с разными подходящими длинами, входные концы которых посредством гибкой трубки присоединяют к медицинской игле, введенной в кровеносный сосуд, а выходные концы соединены с вакуумированными пробирками с различным пониженным по отношению к атмосферному внутренним давлением; регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени, осуществляют с помощью двух линейных матриц фотодиодов - излучающей и принимающей, между которыми помещается капиллярная трубка, а сами матрицы фотодиодов соединены с цифровым устройством для перевода отсчетных данных в цифровую форму, далее оцифрованные отсчетные значения серии замеров передают на запоминающе-обрабатывающее устройство; используют капиллярные трубки из стекла с внутренним радиусом 0.3-0.4 мм и длиной 250-300 мм, причем данные размеры обоснованы самим требуемым способом измерения вязкости.

Движение жидкости в капиллярной трубке предполагает заметное проявление действия капиллярных сил (за счет поверхности двухфазного (жидкость-воздух) контакта и линии трехфазного (стекло-жидкость-воздух) контакта; это действие естественно сравнивать с проявлением других основных типов сил: инерции, вязкости и силой тяжести (при горизонтальном расположении капилляра последнее не актуально). Данные условия приводят к неравенствам (чем они сильнее, тем более заметно проявление капиллярности) относительно чисел подобия We - числа Вебера (отношение действия силы инерции к силе поверхностного натяжения), Ca - числа капиллярности (отношение силы вязкого трения к силе поверхностного натяжения) и Bo - числа Бонда (отношения силы тяжести к силе поверхностного натяжения), т.е.

$ W e \equiv 2 ρ R U^{2} / α < 1, C a \equiv η U / α < 1, B o \equiv 4 ρ g R^{2} / α < 1, (1)$

где ρ - плотность протекающей жидкости (для крови плотность мало отклоняется от значения 1.06 г/см),

η - коэффициент динамической вязкости («стандартное» значение ~4·10^-3 Па·с),

α - коэффициент поверхностного натяжения (~0.06 Н/м),

U - характерное значение скорости течения в капиллярной трубке.

Характерным значением скорости U можно считать ~20 см/с - среднюю скорость течения крови в игле для венепункции в режиме «самотека» (Pirofsky В. The Determination of Blood Viscosity in Man by a Method Based on Poiseuille's Law // J. Clin. Invest. 1953. V.32. P.292-298). Из приведенных данных видно, что неравенства (1) начинают выполняться с верхней границы значений для радиуса капиллярной трубки ~0.5 мм. Вместе с тем, имеется и нижняя граница (достаточно близкая к верхней) для возможного выбора капиллярной трубки с внутренним каналом того или иного радиуса. При протекании крови через капиллярные (в т.ч. и искусственные) трубки проявляется ее свойство суспензии и из-за возникающей стратификации числа эритроцитов по радиусу (эффект Фареуса-Линквиста), коэффициент кажущейся (эффективной) вязкости крови при протекании по все меньшему по радиусу каналу, начиная с радиуса ~ 0.2 мм сначала уменьшается, причем при малых значениях радиуса, сравнимых с максимальным размером эритроцита, достигается минимум коэффициента, а при еще меньших радиусах этот коэффициент резко возрастает (Pries A.R., Neuhaus D. and Gaehtgens Blood viscosity in tube flow: dependence on diameter and hematocrit // Am. J. Physiol. 1992. V.263 (Heart Circ. Physiol. V.32), С.H1770-H1778). Потому для предлагаемой в изобретении измерительной процедуры для вязкости однородной крови необходимо выбирать капиллярные трубки с радиусом внутреннего канала из следующего интервала значений:

$0.2 м м < R < 0.5 м м, (2)$

при этом имеет смысл согласовывать этот радиус с радиусом внутреннего канала используемой при венепункции медицинской иглы (для локтевой вены в нормальном состоянии чаще всего используют иглы 21-го калибра с радиусом внутреннего канала 0.4 мм).

Основа теоретической модели заявленного в изобретении способа состоит в описании движения вязкой жидкости в капиллярной трубке на основе введения средней скорости $\tilde{u} = \frac{d l}{d t}$ (l - координата мениска) осевого направления (Fazio R., Iacono S., Jannelli A., et all. Extended scaling invariance of one-dimensional models of liquid dynamics in a horizontal capillary // Math. Meth. Appl. Sci. 2012. V.35. P.935 -942).

Уравнение количества движения вязкой жидкости в капиллярной трубке $\frac{d (m \tilde{u})}{d t} = \sum_{i} F_{i}$

с учетом «втягивающей» капиллярной силы

$\frac{2 α \cos θ}{R}$

(θ - угол смачивания материала стенки капиллярной трубки жидкостью), перепада давления δp на концах капиллярной трубки, силы вязкого трения жидкости о стенку, для подсчета которой используется пуазейлевский профиль скорости $u (r) = 2 \tilde{u} (1 - r^{2} / R^{2}),$ приобретает следующий вид для координаты l движущегося раздела между жидкостью в капилляре и еще не заполненной его части

$\frac{d^{2} l^{2}}{d t^{2}} = \frac{4 α \cos θ}{ρ R} + \frac{2 δ p}{ρ} - \frac{8 ν}{R^{2}} \frac{d l^{2}}{d t} (3)$

с начальными условиями $l (0) = \frac{d l (0)}{d t} = 0. (4)$

В уравнении (3) ρ и ν - это соответственно плотность и кинематическая вязкость жидкости в капилляре.

Данное уравнение имеет следующее аналитическое решение:

$l^{2} (t) = A T (t - T (1 - e^{- \frac{t}{T}})), (5)$

здесь $A = \frac{4 α \cos θ}{ρ R} + \frac{2 δ p}{ρ}, T = \frac{R^{2}}{8 ν}$

В силу того, что для практических приложений данного изобретения, связанных с движением крови в капилляре радиуса из указанного интервала (2) величина характерной временной постоянной Т мала (<8·10^-3 с), то практически мгновенно после начала движения крови в капиллярной трубке она движется согласно «асимптотической» закономерности, следуемой из (5):

$l^{2} (t) = A T t (6)$

Отметим, что асимптотическое решение (6) совпадает (с точностью до коэффициента перед временем) с известным решением Вашбурна (Washburn Е.W. The dynamics of capillary flow // Phys. Rev. 1921. V.17(3). P.273-283) для закономерности движения жидкости в капиллярной трубке в пренебрежении в силами инерции и в отсутствие заданного перепада давления в уравнении (3).

Для заявленной измерительной процедуры оценим величину множителя перед временем в (6), который определяет пройденное в капиллярной трубке кровью расстояние за единицу времени, что важно для выбора длины рабочей части капиллярной трубки:

$A T = \frac{α R \cos θ}{2 η} + \frac{(p_{в е н а} - p_{в о з д}) R^{2}}{4 η} . (7)$

Здесь перепад давления δp на концах капиллярной трубки конкретизирован как разность между венозным давлением в месте отбора крови Р_вена (это же давление является «входным» для измерительной системы) и давлением р_возд на другом, не занятом кровью, а заполненном воздухом конце капиллярной трубки («выходное» давление). Выходное давление обычно является атмосферным, но в силу того, что оно точно не известно, а также в силу того, что в измерительной процедуре понадобятся два разных выходных давления, удобно использовать для создания на выходном конце строго заданного давления присоединением к нему вакуумированной пробирки (не в качестве емкости для сбора крови, для чего она стандартно используется как существующий элемент лабораторного оборудования, а только для создания и поддержания нужного давления). Как отмечалось выше, разность давлений в (7) в случае открытого выходного конца капиллярной трубки равна 5-9 мм рт.ст. или примерно 650-1200 Па, множитель $\frac{R^{2}}{4 η}$ равен 0.1 (Па·с)^-1 см² (при R=0.4 мм). Первое слагаемое в (7) примерно равно 60 см² с^-1. Таким образом, при открытом выходном конце кровь в капиллярной трубке за первую секунду продвинется не более чем на 14 см, а за вторую - не более чем на 18 см. Естественно, что сильное понижение давления на выходном конце капиллярной трубки заметно увеличит продвижение крови в капилляре, что не удобно по причине увеличения габаритов измерительной системы. Поэтому необходимы выкуумированные пробирки с внутренним давлением, меньшим атмосферного на 100-1000 Па. Несмотря на то, что полученные соотношения (6), (7) дают простой и явный алгоритм определения коэффициента η по полученным парам отсчетных значений $l_{i}^{2} (t_{i})$ , однако точность искомого коэффициента вязкости может быть недостаточна, поскольку в (7) фигурируют две точно не известных величины: венозное давление и атмосферное давление (если выходной конец капилляра открыт). Неопределенность с атмосферным давлением снимается, если, как говорилось выше, использовать на конце «источник» постоянного давления в виде вакуумированной пробирки (из-за ничтожно малого изменения объема «воздушной» части капилляра и присоединенной к нему выкуумированной пробирки при продвижении крови по капиллярной трубке это давление можно считать неизменным).

Ценность полученного соотношения (6) состоит также в том, что на его основе можно предложить измерительную процедуру, которая бы исключала неизвестное значение венозного давления на «входе» из рассмотрения. Действительно, для этого достаточно проводить две серии измерений с подсоединением к внедренной в вену медицинской игле последовательно во времени двух одинаковых капиллярных трубок, но с разным давлением (р_возд)₁ и (p_возд)₂ внутри вакуумированных пробирок, присоединенных к их выходному концу. После начала движения крови в одни и те же моменты времени t_i фиксируются координаты l(t_i). Далее, согласно (6), (7), разности квадратов этих координат и дают соотношения для нахождения коэффициента вязкости при исключении неизвестного венозного давления (замечательно, что при этом исключаются и другие «собственные» характеристики измерительной системы, что повышает точность определения нужного коэффициента вязкости)

${(l^{2} (t_{i}))}_{2} - {(l^{2} (t_{i}))}_{1} = \frac{R^{2}}{4 η} \cdot ({(p_{в о з д})}_{1} - {(p_{в о з д})}_{2}) \cdot t_{i}$

или

$η = \frac{R^{2}}{4} ({(p_{в о з д})}_{1} - {(p_{в о з д})}_{2}) \cdot \frac{t_{i}}{{(l^{2} (t_{i}))}_{2} - {(l^{2} (t_{i}))}_{1}} (8)$

Соотношение (8) является определяющим для заявленного изобретения. Это же соотношение показывает два (и даже больше) способа определения коэффициента вязкости. Первый - это «минималистский» способ, когда η согласно (8) определяется по одному отсчетному значению в каждом из двух подключений капиллярной трубки с разными «выходными» давлениями. При втором способе получают несколько (много) отсчетных значений в каждом из двух «подключений» капиллярной трубки, и числовое значение последней дроби в (8) определяется путем усреднения многих значений, что занимает больше времени, но дает большую точность.

На фиг.1 приведен схематический рисунок установки для осуществления способа определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок.

Конструктивно установка для осуществления способа определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок на фиг.1 содержит:

1 - медицинскую иглу;

2 - гибкий капилляр;

3 - капиллярную трубку;

4 - вентиль-клапан;

5 - вакуумированную пробирку;

6 - штатив;

7 - излучающую матрицу фотодиодов;

8 - принимающую матрицу фотодиодов;

9 - цифровое устройство для перевода отсчетных данных в цифровую форму;

10 - запоминающе/обрабатывающее устройство.

Конструктивной основой установки, составляющей техническую часть изобретения, являются стандартные элементы медицинского лабораторного оборудования (медицинская игла 1, капиллярные трубки 3, вакуумированные пробирки 5), используемого для широко используемой рутинной процедуры забора крови из вены руки для анализа.

В качестве основного элемента в заявленном изобретении выступает капиллярная трубка 3, причем для требуемого наблюдения за продвижением крови внутри трубки она предполагается прозрачной, например стеклянной. Данный лабораторный элемент, широко применяемый в практике, далее будет рассматриваться и как элемент, задающий динамику продвижения крови по его внутреннему каналу (отметим его «активную функцию» за счет действия на внутреннюю жидкость капиллярных сил), и как элемент, обеспечивающий наблюдательную функцию и считывание данных о движении внутренней жидкости. Отметим, что использование трубки с маленьким радиусом внутреннего канала имеет несколько преимуществ: а) дает основание для построения и использования однородно-одномерной (без учета изменения характеристик по радиусу) модели движения жидкости внутри трубки, б) ярко выраженный по цвету узкий «столбик» жидкости с малым размером неплоского мениска удобен для наблюдения и фиксации числовых данных, характеризующих его движение.

Также в заявленном изобретении новые функции возлагаются на такой элемент лабораторного оборудования для взятия крови, как вакуумированная пробирка 5, являющаяся герметично закрытой емкостью с пониженным (по отношению к атмосферному) внутренним давлением. В существующей технологии изъятия венозной крови такие пробирки используются лишь для более быстрого и удобного наполнения их через иглу венозной кровью; знание величины внутреннего пониженного давления в этом случае не требуется. В заявленном изобретении на данные пробирки возлагается новая функция нормированного «источника» пониженного давления с известным значением того давления.

Способ определения коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования осуществляют следующим образом.

Перед началом процедуры собирают измерительную установку для 1-го этапа измерений (измерение с 1-й капиллярной трубкой). Первую капиллярную трубку 3 с закрытым вентилем 4 на одном конце выходным концом соединяют с первой вакуумированной пробиркой 5 (путем протыкания ее герметично закрытой крышки). Всю эту систему «капиллярная трубка+вакуумированная пробирка» располагают горизонтально в штативе 6 таким образом, чтобы капилляр 3 находился между двумя линейными матрицами фотодиодов 7 и 8. Включают электронную часть системы. После этого система готова для работы с поступающей из вены кровью.

Измерительную процедуру начинают с того, что с соблюдением необходимых инструкций в локтевую вену вводят медицинскую иглу 1. После проверки того, что эта часть процедуры прошла успешно и из иглы 1 поступает кровь, основание иглы 1 соединяют посредством гибкого капилляра 2 с входным концом капиллярной трубки 3, после чего открывают вентиль 4. Кровь начинает поступать в капиллярную трубку 3.

Далее в течение нескольких секунд, пока кровь продвигается по капиллярной трубке 3, работает электронная часть установки. Электронная часть установки содержит цифровое устройство для перевода отсчетных данных в цифровую форму 9, в качестве которого используют, например, контроллер ввода информации, АЦПУ и запоминающе/обрабатывающее устройство 10, в качестве которого используют например, запоминающее устройство калибровки, ОЗУ К. При подходе крови к выходному концу капиллярной трубки 3 электронная часть установки автоматически отключается. После этого закрывают вентиль 4, отсоединяют гибкий капилляр 2 от медицинской иглы 1 и 1-я трубка с вакуумированной пробиркой могут быть удалены из держателя. Однако после отключения электронной части установки можно дождаться, когда вакуумированная пробирка 5 заполнится кровью полностью и только после этого удалить 1-ю капиллярную трубку 3 с вакуумированной пробиркой 5 из штатива 6. При этом заполненная вакуумированная пробирка 5 готова для отправки в лабораторию с целью проведения других аппаратурных анализов крови.

На следующем (2-м) этапе в штатив 6 вставляют 2-ю капиллярную трубку 3 со 2 -й вакуумированной пробиркой 5 на конце, давление в которой несколько меньше, чем в 1-й. Используют вакуумированные пробирки 5 с различным значением внутреннего давления, изготовленные промышленным образом. Далее посредством гибкого капилляра 2 капиллярную трубку 3 присоединяют к медицинской игле 1, находящейся в кровеносном сосуде, и все повторяют в соответствии с описанием на 1-м этапе.

После снятия с помощью двух линейных матриц фотодиодов - излучающей 7 и принимающей 8 отсчетных значений при движении крови по второй капиллярной трубке 3, электронная часть установки производит обработку поступивших 2-х серий отсчетных значений и сразу же выдает величину коэффициента вязкости крови в соответствии с формулой (8).

Определение коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования в процессе венепункции обеспечивает повышение точности, сокращение времени исследования и его упрощение.

Точность метода определяется еще и тем, что использование вакуумированных пробирок с разным (но известным) внутренним пониженным давлением дает возможность в алгоритме определения вязкости крови по полученным отсчетным значениям серии замеров исключить неизвестное значение венозного давления в месте введения медицинской иглы в кровеносный (напомним, что венозное давление «не поддается» таким простым способам измерения, как артериальное; известно, что значения этого давления в месте венепункции - в локтевой вене - могут лежать в интервале 5-9 мм рт.ст. по отношению к атмосферному).

1. Способ определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок, включающий регистрацию отсчетных значений занимаемого кровью положения в этих капиллярных трубках в выбранные моменты времени, определяемые математической формулой, определяющей значение вязкости (коэффициента вязкости) крови через полученные отсчетные значения, отличающийся тем, что регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени осуществляют в процессе венепункции, при этом выполняют две серии замеров с использованием для каждой серии замеров разного, но известного пониженного по сравнению с атмосферным давления, создаваемого на выходном конце капиллярной трубки путем присоединения к нему вакуумированной пробирки с нужным давлением внутри, полученные отсчетные значения расстояния, проходимого кровью по капиллярной трубке в последовательные моменты времени, одинаковые для обеих серий замеров, обрабатывают согласно математической формуле
$η = \frac{R^{2}}{4} ({(p_{в о з д})}_{1} - {(p_{в о з д})}_{2}) \cdot \frac{t_{i}}{{(l^{2} (t_{i}))}_{2} - {(l^{2} (t_{i}))}_{1}}$
где η - коэффициент вязкости крови,
R - внутренний радиус капиллярной трубки,
(p_возд)₁ - давление в 1-й вакуумированной пробирке для 1-й серии замеров,
(p_возд)₂ - давление во 2-й вакуумированной пробирке для 2-й серии замеров,
t_i - моменты времени (одни и те же для обеих серий замеров) в процессе протекания крови по капиллярной трубке, в которые производятся замеры пройденного кровью расстояния,
(l²(t_i))₁ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капилляру к моментам времени t_i в первой серии замеров,
(l²(t_i))₂ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капилляру к моментам времени t_i во второй серии замеров.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что требуемые две серии замеров расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени при разных перепадах давления, создаваемых разным пониженным давлением на выходном конце трубки, осуществляют путем поочередного использования двух разных трубок с разными подходящими длинами, входные концы которых посредством гибкой трубки присоединяют к медицинской игле, введенной в кровеносный сосуд, а выходные концы соединены с вакуумированными пробирками с различным пониженным по отношению к атмосферному внутренним давлением.

3. Способ по п.1 отличающийся тем, что регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени, осуществляют с помощью двух линейных матриц фотодиодов - излучающей и принимающей, между которыми помещается капиллярная трубка, а сами матрицы фотодиодов соединены с цифровым устройством для перевода отсчетных данных в цифровую форму, далее оцифрованные отсчетные значения серии замеров передают на запоминающе-обрабатывающее устройство.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют капиллярные трубки из стекла с внутренним радиусом 0.3-0.4 мм и длиной 250-300 мм, причем данные размеры обоснованы самим требуемым способом измерения вязкости.

Изобретение предназначено для применения в химической промышленности, агропромышленном комплексе, производстве строительных материалов и других отраслях. Способ определения коэффициента неоднородности смеси трудноразделимых сыпучих материалов включает подсчет числа проб, минимально допустимого веса пробы, отбор проб смеси и ее компонентов.

Способ определения текучести порошкообразных материалов // 2502979

Изобретение относится к области определения физико-механических свойств порошкообразных материалов - текучести, то есть способности порошка протекать через данное сечение в единицу времени под воздействием движущей силы.

Способ экспресс-диагностики однородности высокотемпературных металлических расплавов // 2498267

Изобретение относится к технической физике, а именно к способам контроля и измерения физических параметров веществ, и предназначено для экспресс-диагностики однородности высокотемпературных металлических расплавов на основе Fe, Со, Ni в условиях цеха, путем бесконтактного определения вязкости этих расплавов посредством измерения параметров затухания крутильных колебаний тигля с образцом сплава в измерительной установке.

Способ контроля вязкости жидкостей // 2485480

Изобретение относится к способам контроля физико-химических свойств жидкостей, в частности к способам контроля вязкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности, например химической, нефтехимической и др.

Способ и устройство для определения низкотемпературной вязкости, фильтруемости и загрязненности нефтепродуктов // 2473882

Изобретение относится к области анализа нефтепродуктов и позволяет определить прокачиваемость и фильтруемость нефтепродуктов при низких температурах, а также степень их загрязнения.

Реометр для густых материалов // 2471167

Изобретение относится к реометру для густых материалов, а также к устройству и способу оценки создаваемого для преодоления сопротивления подаче густого материала в трубопроводе давления подачи с помощью такого реометра.

Способ бронирования вкладного заряда твердого ракетного топлива эпоксидным бронесоставом по боковой поверхности и способ определения вязкости эпоксидного бронесостава // 2458243

Устройство для определения текучести порошкообразных материалов // 2457462

Изобретение относится к области создания лабораторного оборудования и приборов для определения физико-механических характеристик порошкообразных материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности: пищевой, строительной, химической, машиностроительной и др.

Способ исследования высокотемпературных металлических расплавов и устройство для его осуществления // 2450257

Способ и устройство для измерения кинематической вязкости расплавов // 2447421

Устройство для определения качества нефтепродуктов // 2522207

Изобретение относится к области анализа физических свойств жидкостей. Устройство содержит емкость со шкалой для отбора пробы с размещенным в ней штоком с поршнем, программно-аппаратный комплекс для измерения времени и температуры, трубку для пропускания жидкости в емкость при отборе пробы для определения условной вязкости, термистор, который может быть установлен на трубке при определении микропенетрации, деэмульгирующей способности и показателя динамики нагрева жидкости, конус, который может быть установлен вместо поршня на шток с помощью резьбы при определении микропенетрации, пробку или крышку, которая может быть установлена на штуцер емкости вместо трубки при определении микропенетрации и деэмульгирующей способности, и подставку для установки емкости. Достигается упрощение и ускорение, а также - повышение информативности и надежности определения. 4 з.п. ф-лы, 4 табл., 10 ил.

Способ определения вязкости крови в процессе венепункции // 2522931

Изобретение относится к области биомедицинских технологий и может быть использовано для измерения вязкости крови в процессе забора крови из кровеносного сосуда для проведения анализов крови. Для этого в кровеносный сосуд вводят медицинскую иглу, соединенную с вакуумированной пробиркой. В ходе проведения забора крови на входе иглы внутри вены осуществляют быстрые периодические колебания давления, которые создают путем многократного частичного пережатия кровеносного сосуда посредством вибратора или низкочастотного акустического излучателя. За счет этого формируют переменный во времени осциллирующий поток крови через иглу и фазовый сдвиг между быстрыми периодическими колебаниями давления и пульсацией, по крайней мере, одного из трех параметров: скорости вытекания крови из иглы в вакуумированную пробирку, уровня крови в вакуумированной пробирке и давления газа в незаполненной части вакуумированной пробирки. Измерения проводят с помощью низкочастотного акустического датчика, соединенного с фазометром или лучевым осциллографом. По результатам полученных измерений частотно-зависимого фазового сдвига рассчитывают вязкость крови. Способ обеспечивает точное измерение значения вязкости крови при одновременном сокращении времени измерения за счет объективной оценки истинного значения вязкости крови без использования дополнительных данных, характеризующих объем протекающей крови и длину трубки. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Вискозиметры с вибрирующим проводом // 2529656

Настоящее изобретение относится, в общем, к тестированию вязкости скважинных текучих сред и, конкретнее, к вискозиметрам с вибрирующим проводом. Предложен вискозиметр с вибрирующим проводом. Некоторые варианты кожухов вискозиметра с вибрирующим проводом включают в себя трубопровод, проходящий через кожух и обеспечивающий воздействие на первый провод скважинной текучей среды, полость в кожухе для размещения магнита и прокладки одного или нескольких дополнительных проводов от трубопровода к генератору сигналов, первую и вторую электропроводные опоры, механически соединенные с кожухом для удержания первого провода в натянутом состоянии в трубопроводе, и уплотнение, механически соединенное с кожухом для предотвращения доступа к магниту скважинной текучей среды. Техническим результатом является повышение точности измерения вязкости. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 26 ил.

Способ определения точки гелеобразования методом вибрационной вискозиметрии // 2529674

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии (физико-химических измерений), а более конкретно - к способам определения точки (момента) потери текучести методом вибрационной вискозиметрии, и позволяет определить точку гелеобразования путем измерения вязкости (механического сопротивления) в сосудах различного размера. Способ определения точки гелеобразования методом вибрационной вискозиметрии заключается в том, что гелеобразующий раствор помещают в измерительные сосуды разного диаметра, инициируют процесс и непрерывно регистрируют механическое сопротивление раствора в обоих сосудах, строят полученные реологические зависимости на одном графике и по графику определяют точку гелеобразования как область расхождения полученных таким образом кривых. Техническим результатом является повышение точности измерений и большей объективности определения точки гелеобразования за счет использования ячеек различного размера. 2 ил.

Способ определения реологических свойств высокотекучих формовочных смесей и прибор для реализации этого способа // 2545484

Изобретение относится к области приборного исследования строительных материалов путем определения их физических свойств, в частности к исследованию реологических свойств текучих сред (предельного сопротивления сдвига, вязкости, градиента скорости деформирования) и анализа материалов путем определения их текучести и может быть использовано для определения реологических свойств у различных формовочных смесей специальных бетонов, оценки этих свойств и классификации смесей по реологическим свойствам. Способ определения реологических свойств высокотекучих формовочных смесей включает заполнение устройства исследуемыми смесями, выполнение измерений и их регистрацию, по которому формовочную смесь заливают в трубу, установленную вертикально с возможностью осевого перемещения без зазора между нижним торцом трубы и днищем поддона. Затем поднимают трубу на заданную величину зазора между нижним торцом трубы и днищем поддона, при этом формовочная смесь выливается из трубы и свободно растекается на днище поддона, измеряют и фиксируют требуемые методикой параметры: высоту столба смеси, оставшейся в трубе; время вытекания смеси из трубы от начала до конца вытекания; размер пятна расплывшейся формовочной смеси, и прибор для реализации способа определения реологических свойств высокотекучих формовочных смесей. Прибор содержит емкость для заполнения формовочными смесями, в котором емкость для заполнения формовочными смесями выполнена в виде трубы, установленной вертикально с возможностью осевого перемещения, прибор снабжен поддоном, направляющей, жестко установленной на поддоне, и механизмом осевого перемещения трубы. При этом ход механизма осевого перемещения трубы выбран равным зазору между нижним торцом трубы и днищем поддона, удовлетворяющему требованиям способа определения реологических свойств формовочных смесей, при этом он снабжен системой заполнения поддона водой и организации циркуляции воды. Техническим результатом является упрощение методики испытаний и конструкция прибора, расширение эксплуатационных возможностей изделия, повышение достоверности получаемых результатов, снижение стоимости прибора и испытаний. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ оценки технологической эффективности смазочно-охлаждающей жидкости // 2548938

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых при резании материалов. Способ оценки технологической эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), по которому осуществляют измерение действительного коэффициента трения в течение 10-20 с применением оцениваемой СОЖ и без нее, максимальную скорость охлаждения температурного датчика в испытываемой СОЖ и на воздухе (без СОЖ) от температуры, возникающей в зоне резания, до комнатной температуры. Затем рассчитывают коэффициент комплексной эффективности по формуле: , где KСОЖ - коэффициент трения, полученный с применением испытываемой СОЖ; KбезСОЖ - коэффициент трения, полученный без применения СОЖ; VбезСОЖ - скорость охлаждения на воздухе; VСОЖ - скорость охлаждения, полученная с применением испытываемой СОЖ. Техническим результатом является значительное снижение трудоемкости и времени исследования эффективности СОЖ при заданных режимах, а также учет смазочного и охлаждающего действия СОЖ. 5 ил., 1 табл.

Стенд для исследования вязкоупругих свойств металлов и сплавов с помощью зондового акустического метода // 2552600

Настоящее изобретение относится к области металлургии и машиностроения. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение вязкоупругих свойств металлов с помощью зондового акустического метода. Стенд для исследования вязкоупругих свойств металлов состоит из задающего переменный сигнал генератора, индукционного механического осциллятора, упругий элемент которого изготовлен в виде тонкой металлической балки с закрепленным на ней ударным зондом, а также образца для исследования, к которому подведен пьезоэлектрический звукосниматель. Сигналы с генератора и звукоснимателя подаются на двухканальный компьютерный осциллограф. Техническим результатом является возможность безразрушительной диагностики вязкоупругих свойств металлов и сплавов с помощью измерения амплитуды акустических сигналов, возникающих при ударе зонда о поверхность твердого тела. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения параметров жидкости в резервуаре и устройство для его осуществления // 2557680

Изобретения относятся к измерительной технике, а именно к способам и устройствам для определения различных параметров жидкостей, в частности нефтепродуктов, хранимых или перевозимых в резервуарах, и могут быть использованы в системах определения объема и массы жидкостей. Датчик характеристик среды с вибрационным чувствительным элементом и встроенным термопреобразователем перемещают в исследуемой жидкости на различных уровнях погружения и измеряют плотность и вязкость жидкости, контролируя изменение частоты колебаний чувствительного элемента датчика, одновременно измеряя температуру жидкости. Измерение уровня производят путем подсчета количества сигналов за определенную длину перемещения датчика. Обрабатывая данные плотности, вязкости и температуры определяют такие параметры жидкости, как уровни ее расслоения и уровни границ раздела сред жидкость/воздух, нефтепродукт/подтоварная вода. Устройство для реализации способа содержит датчик 1, состоящий из вибродатчика 1.1 и термопреобразователя 1.2. Датчик 1 прикреплен к ленточному кабелю 2, наматываемому на барабан 3, который вращается шаговым двигателем 4. Кабель 2 при своем протягивании вращает измерительное колесо 5 с энкодером 6. Кабель 2 снабжен индуктивным датчиком 7 натяжения и датчиком 8 верхнего положения. Другой конец кабеля 2 соединен с электронным блоком 9. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и области применения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ подготовки угля для получения кокса // 2559471

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ подготовки угля для получения кокса включает набивание угля в емкость для получения образца, на который помещают материал, имеющий сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, нагревают полученный образец и измеряют расстояние проникновения, на которое расплавленный образец проникает внутрь указанных сквозных отверстий. Расстояние проникновения индивидуальной марки угля устанавливают на заданном значении или на значении, меньшем, чем заданное. Заданное значение расстояния проникновения марки угля, который должен быть подготовлен, определяют по уравнениям: расстояние проникновения = 1,3 х а х logMFc (1) или расстояние проникновения = а' х logMFc+b(2), где а и а' постоянные, составляющие от 0,7 до 1,0 от коэффициента logMF, полученного с помощью измерения расстояния проникновения, и значения logMF, по меньшей мере, одного из углей, который удовлетворяет условию logMF < 2,5, и построения линии регрессии, которая проходит через начало координат, с использованием измеренных значений, и где MFc представляет собой максимальную текучесть по Гизелеру для угля, который должен быть подготовлен, а где b представляет собой постоянную, определенную с помощью среднего значения стандартного отклонения расстояния проникновения или больше и среднего значения, умноженного на 5, или меньше. Заданное значение расстояния проникновения должно составлять 15 мм или должно представлять собой среднее значение расстояния проникновения видов угля, умноженное на 2, или больше. Изобретения позволяют более точно оценить термопластичность угля и спекающей добавки и получить высокопрочный металлургический кокс. 8 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 табл., 1 пр.

Способ оценки термопластичности углей и коксующих добавок и способ получения кокса // 2562491

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ оценки термопластичности углей или спекающих добавок включает набивку угля или спекающей добавки в емкость с получением образца, размещение слоя набивки из частиц на образце, нагрев образца с поддержанием при этом образца и слоя набивки при постоянном объеме или с приложением постоянной нагрузки на слой набивки, измерение расстояния проникновения, представляющее собой термопластичность угля, на которое расплавленный образец проникает в полости слоя набивки, и оценку термопластичности образца с использованием измеренного значения. Способ получения кокса включает измерение расстояния проникновения, которое представляет собой термопластичность угля, по отношению к углю или углям, которые должны быть добавлены к смеси коксующихся углей и которые имеют логарифмическое значение максимальной текучести по Гизелеру, logMF, не меньше чем 3,0. Определяют отношение смешивания посредством определения пропорций углей, имеющих логарифмическое значение максимальной текучести по Гизелеру, logMF, не меньше чем 3,0, таким образом, чтобы средневзвешенное значение измеренного расстояния или расстояний проникновения было не больше 17 мм. Изобретения позволяют более точно оценить термопластичность угля и спекающей добавки и получить высокопрочный металлургический кокс. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил., 5 табл., 4 пр.